UML是什么

UML定义:

  • 统一建模语言(Unified Modeling Language,缩写UML)
  • 非专利的第三代建模和规约语言

UML特点:

  • UML是一种开放方法
  • 用于说明、可视化、构建和编写一个正在开发的、面向对象的、软件密集系统的制品的开放方法
  • UML展现了一系列最佳工程实践,这些最佳实践在对大规模,复杂系统进行建模方面,特别是在软件架构层次已经被验证有效

在UML2.2中一共定义了14中图示,大体分为三类:

  • 结构式图形:强调的是系统式的建模
  • 行为式图形:强调系统模型中触发的事件
  • 交互式图形:属于行为式图形的子集,强调系统模型中资料流程

1.结构式图形:

  • 静态图(类图、对象图、包图)
  • 实现图(组件图、部署图)
  • 剖面图
  • 复合结构图

2.行为式图形:

  • 活动图
  • 状态图
  • 用例图

3.交互式图形:

  • 通信图
  • 交互概述图(UML2.0)
  • 时序图(UML2.0)
  • 时间图(UML2.0)

UML类图:

类图(Class Diagram):用于表示类、接口、实例等之间相互的静态关系,虽然名字叫类图,但类图中并不只有类。我们来看一个比较全面的UML类图样例:
UML急速入门

首先在图的上方可以看到一个“动物”矩形框,这个矩形框就代表一个类。类图分三层,第一层是类的名称,如果是抽象类,类名会使用斜体表示。第二层是类的属性,也就是类的字段或变量。第三层是类的行为,也就是方法或者说函数。

图中左下角的“飞翔”表示一个接口图,与类图的主要区别是接口图顶端有<<interface>>。第一层自然是接口的名称,第二层则是接口方法。接口还有另一种表示方法,也就是图中的棒棒糖表示法。

然后我们来简单说说子类与父类及实现类与接口的关系在UML类图中的表示方式:

当类与类之间是继承关系时,使用空心三角形和实线来表示,而一个类实现了一个接口时,使用空心三角形和虚线来表示,不管是继承关系还是实现关系,三角形箭头都是由子类指向父类或接口

类与类之间的关系及其在UML类图中的表示方式,关联关系:

当一个类“知道”另一个类时,那么它们就具有关联关系,关联关系使用实线箭头表示。例如图中的企鹅需要知道气候这个类,此时企鹅类与气候类就是关联关系

聚合关系:

图中的大雁群和大雁这两个类就是聚合关系,我们都知道大雁是群居动物,多只大雁可以聚合成一个雁群,所以它们之间就满足聚合关系。聚合表示一种弱的“拥有关系”,体现的是A对象可以包含B对象,但B对象不是A对象的一部分。聚合关系使用空心菱形和实线箭头来表示

合成(组合)关系:

合成是一种强的”拥有“关系,体现了严格的部分和整体的关系,部分与整体的生命周期一样。上图中的鸟和其翅膀就是合成(组合)关系,因为它们是部分和整体的关系,并且翅膀和鸟的生命周期是相同的。合成关系用实心的菱形和实线箭头来表示。另外,在图中合成关系的连线两端还有一个数字1和数字2,这被称为基数,表明这一端的类可以有几个实例。很显然,一只鸟应该有两只翅膀,所以翅膀的基数是2。如果一个类可能有无数个实例,则就用n来表示。除了合成关系外关联关系以及聚合关系也可以有基数

依赖关系:

我们都知道动物维持生命就得进行新陈代谢,那么就需要氧气、水等物质。也就是说,动物依赖于氧气和水。所以它们之间是依赖关系,使用虚线箭头来表示。


接着我们再来看单个类的类图:
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同样的从上至下分别是类名、属性以及行为。属性和行为前面都有权限表示符,+ 表示public、- 表示private、# 表示protected、~ 表示default。属性和行为中有下划线的表示static,即静态的属性、方法。

而与该类图所对应的Java代码如下:

public abstract class StudentClass {

    public String name;

    private int age;

    protected double weight;

    double height;

    public static char sex;

    public void eat(String food) {
    }

    protected void drink() {
    }

    private void walk() {
    }

    void run() {
    }

    public abstract void study();

    public boolean openMac() {
        return true;
    }

    public static void playGame(){
    }
}

记忆技巧

下面介绍一些简单UML类图的记忆技巧:

记忆技巧1:UML箭头方向:

  • 从子类指向父类

可能有些人会认为子类是以父类为基础的,箭头应从父类指向子类。但我们都知道定义子类时需要通过extends关键字指定父类,那么子类一定是知道父类定义的,只有知道对方信息时才能指向对方,而父类是不知道子类是如何定义的,所以箭头方向应从子类指向父类。

记忆技巧2:实线 - 继承 | 虚线 - 实现:

  • 空心三角箭头:继承或实现:
  • 实线 - 继承,is a 关系,扩展目的,所以不虚,很结实
  • 虚线 - 实现,虚线之所以“虚”是因为无实体,因为接口是需要被实现的
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记忆技巧3:实线 - 关联 | 虚线 - 依赖:

  • 虚线 - 依赖关系:临时用一下,若即若离,虚无缥缈,若有若无,所以是虚线,表示一种使用关系,一个类需要借助另一个类来实现功能。一般是一个类里的函数使用了另一个类作为参数,或作为返回值
  • 实线 - 关联关系:关系稳定,实打实的关系,铁哥们,表示一个类对象和另一个类对象有关联,通常是一个类中有另一个类对象做为属性
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记忆技巧4: 空心菱形 - 聚合 | 实心菱形 - 组合:

  • 我们可以想象菱形就是一个盛东西的器皿(例如盘子,或者代码中的集合容器)
  • 而聚合代表空器皿里可以放很多相同的东西,聚在一起(箭头方向所指的类),所以是整体和局部的关系,两者有着独立的生命周期,是has a的关系,是弱关系
  • 组合则代表器皿里已经有实体结构的存在,可以说是生死与共了,是整体与局部的关系,和聚合关系相比,关系更加强烈,两者有相同的生命周期,contains - a 的关系,是强关系

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记忆技巧5:常见基数表达及含义,假设有A类和B类,数字标记在A类一端:

  • 0..1:0个或1个实例,在系统某一时刻,代表B类的实例可以与0个或1个A类的实例相关
  • 0..*:0个或多个实例,代表B类的实例可以与0个或多个A类的实例相关
  • 1..1:1个实例,代表B类的实例可以与1个A类的实例相关
  • 1:只能有1个实例,代表B类的实例可以与1个A类的实例相关
  • 1..*:至少有1个实例,代表B类的实例可以与1个或多个A类的实例相关

注:通常会省略“..”直接使用数字表示


UML时序图:

时序图(Sequence Diagram):是显示对象之间交互的图,这些对象是按时间顺序排列的

时序图中包括的建模元素主要有:

  • 对象(Actor)
  • 生命线(Lifeline)
  • 控制焦点(Focus of control)
  • 消息(Message)

我们来看一个简单的时序图, 左边是代码右边是时序图:
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右边的时序图的三个方框表示三个实例:Client、Service、Device,而下面的虚线则是该实例的生命线,时间从上向下流逝,生命线仅存在于实例的生命周期内。其中虚线上的细长方形表示实例处于某种活动中,称之为控制焦点。黑色的实线实心箭头表示方法的同步调用,异步调用是实线非实心箭头,而虚线非实心箭头则表示方法的结束返回。这些箭头所表示的元素就是消息,例如图中的work和open等。